过渡金属碳化物、氮化物及碳氮化物metal carbides, nitrides and carbonitrides (MXenes),自2011年首次被报道以来,便受到广泛关注。这类材料具备金属级导电性、优异的力学性能,且表面官能团丰富,在航空航天、储能、生物医学等领域拥有广阔的应用前景。然而,如何将单层MXene纳米片优异的本征性能,有效转化至宏观纳米复合材料中,仍是主要挑战。
近日,中国科学技术大学程群峰教授等在Nature Reviews Materials上发表综述文章,系统论述了仿生限域组装策略,用于高性能MXene纳米复合材料的研究进展。
探讨了MXene纳米片湿法组装过程中,孔隙结构的先进表征手段,并说明了孔隙的形成机理。还介绍了各类仿生限域组装调控策略,用以降低材料孔隙率、提升层间载荷传递效率,从而显著优化MXene纳米复合材料的宏观力学与导电性能。
同时,概述了仿生限域型MXene纳米复合材料的规模化制备方法,探讨了该类复合材料的各项性能及典型应用场景,包括电磁屏蔽、骨组织再生与人造肌肉等领域。最后,对仿生限域MXene纳米复合材料的未来研究方向进行了展望。

图1 高性能MXene纳米复合材料的仿生限域组装策略

图2 MXene纳米复合材料的组装与孔隙缺陷形成机制

图3 MXene纳米复合材料的协同界面作用与纳米填充策略

图4 MXene纳米复合材料的大规模制备
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